Madreperla artificiale: la costruiscono i batteri

Due tipi di batteri sono stati impiegati per la costruzione di madreperla artificiale: un nuovo materiale con possibilità nella medicina e nell’ingegneria, le cui applicazioni potrebbero persino superare i confini del nostro pianeta.

La madreperla è un materiale estremamente resistente, dalle proprietà straordinarie che gli scienziati cercano da tempo di ricreare artificialmente. E ci erano anche riusciti, ma con metodi complessi, costosi e con enorme dispendio di energia. Ma una biologa dell‘università di Rochester ha scoperto come semplificare le cose, affidando il grosso del lavoro a qualcun altro, che lo ha svolto velocemente e senza fare storie. Si è fatta aiutare da due tipi di batteri, che riescono a riprodurre la caratteristica struttura a strati della madreperla, in maniera rapida e soprattutto economica. Le possibilità per il nuovo materiale sono moltissime, dall’ingegneria alla medicina, dalla Terra alla… Luna! I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Small.

Perché la madreperla

È lo strato interno della conchiglia di alcuni molluschi e quello più esterno che ricopre le perle, conferendo loro la caratteristica lucentezza.
È composta da strati di carbonato di calcio immersi in una matrice organica che contiene polimeri vari, come la beta-chitina o la lustrina. Ma la madreperla non è solo gradevole alla vista; ha anche una serie di proprietà che la rendono estremamente funzionale. Una durezza e rigidità eccezionali e una struttura a strati che consente di disperdere uniformemente l’energia attraverso il materiale lo rendono particolarmente resistente.

Fig.1 – Disco di madreperla

Una sfida per gli scienziati dei materiali

Come spesso accade, anche in questo caso l’idea era quella di ispirarsi a un materiale presente in natura, la madreperla, per realizzare prodotti sintetici con proprietà simili. Ma fino ad ora i risultati avevano lasciato a desiderare. Benché siano stati realizzati un certo numero di materiali con una resistenza paragonabile a quella della madreperla, il vero problema rimangono i metodi di produzione: complessi, costosi, adoperano spesso temperature o pressioni estreme e persino sostanze tossiche. Si può fare di meglio e la soluzione viene ancora una volta dalla biotecnologia.

Batteri ingegneri

Laddove noi non fossimo in grado, ci sarà sempre un piccolo e infaticabile batterio con la soluzione al nostro problema. In questo caso i batteri sono due, un vero e proprio gioco di squadra: Sporosarcina pausterii e Bacillus licheniformis. A scoprire le loro capacità ingegneristiche è stata la biologa Anne S. Meyer, dell’università di Rochester.

Fig.2 – Bacillus licheniformis

Ci vuole veramente poco, bastano due passaggi. Prima si immerge una lastra in vetro o plastica in un contenitore insieme S. pausterii e urea. Il batterio è una fonte di calcio e la combinazione con urea determina la cristallizzazione del carbonato di calcio. Dopodiché, si trasferisce la lastra in una soluzione di B. licheniformis, che penserà a “costruire” la matrice organica. Per produrre un singolo strato dello spessore di circa 5 micrometri, gli alacri batteri impiegano solo un giorno e l’unica cosa di cui hanno bisogno per iniziare è l’urea, un prodotto di scarto che noi esseri umani produciamo abbondantemente ogni giorno.

Le applicazioni

Questa specie di madreperla prodotta dai batteri ha più di un vantaggio. È biocompatibile, proprio perché costruita a partire da elementi naturalmente prodotti o che possono essere ingeriti dal corpo umano. È quindi indicata per le applicazioni mediche, come ossa artificiali o impianti. Benché mantenga tutte le caratteristiche della madreperla originale, è anche sorprendentemente estensibile e adatta a molteplici usi in campo ingegneristico.

Le applicazioni di questo nuovo materiale potrebbero persino superare i confini del nostro pianeta. Le sue qualità lo rendono un buon candidato per la costruzione di edifici extraterrestri, ad esempio sulla Luna. La polvere lunare è già ricca di calcio; basterebbe portare batteri e urea per iniziare a produrre gli strati. Chissà, se un giorno colonizzeremo il nostro satellite, forse il merito sarà anche dei batteri.

Fonte:

Spiesz, E. M. et al. (2019). Bacterially Produced, Nacre‐Inspired Composite Materials. Small https://doi.org/10.1002/smll.201805312

Informazioni su Erika 33 Articoli
Laureata in Biotecnolgie Industriali, mi occupo di ricerca in onco-immunologia e di divulgazione e comunicazione della scienza.

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